用粘土矿物制备白炭黑的煅烧转化反应工艺制造技术

本发明专利技术涉及由煅烧转化反应用粘土矿物制备白炭黑的工艺。旨在解决用粘土矿物不经水玻璃状态直接制备的白炭黑的白度和非晶质特性差的问题。本方法的工艺步骤为：１）将粘土矿物与固体反应剂，按重量比例１∶３～５配料、粉碎至粒度小于１００目、在温度３６０～７５０℃下煅烧０．５小时以上。２）加水溶解煅烧产物。３）过滤，从滤液中得到含铝的盐，滤饼经洗涤、烘干后得到白炭黑即非晶质二氧化硅，其Ｘ射线衍射图谱呈典型的非晶质特征，Ｒ↓［４５７］白度达９５％。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用粘土矿物制备白炭黑的煅烧转化反应工艺本专利技术涉及白炭黑的制造方法，特别是经由煅烧转化反应用粘土矿物制备白炭黑的工艺。已有的从高岭土制备白炭黑的方法包括两大类：第一类是对高岭土进行酸溶，浸提出铝质组分，将留下的硅质固相物与碱反应，转化为硅酸钠溶液(水玻璃)，然后按常规湿法白炭黑制备方法，从硅酸钠溶液中沉淀出白炭黑；第二类是将高岭土的绝大部分铝质组分经重复酸溶浸提出去，再将悬浮液内的固相硅质物从铝盐溶液中分离出来，直接以之作为白炭黑。上述两类方法均属于液-固相反应。H.C.Pack et.al的方法(见文献1)可作为上述第一类方法的代表。他们以煅烧高岭土为原料，用硫酸溶液从煅烧高岭土中加热酸浸出铝质组分，经固-液分离，由滤液中回收铝，所获硅质滤饼经过湿法加压转化(NaOH溶液，经200℃、3小时反应)或干法(反应剂为固体Na2CO3，经1400℃煅烧反应，煅烧产物在150℃压力釜内水化3小时)，转化为硅酸钠溶液。用5％H2SO4与所获硅酸钠溶液作用，从中沉淀出非晶质SiO2，即白炭黑。按所用高岭土原料是否经过预先煅烧，上述第二类制备方法又可分为两个亚类。第一亚类所用的高岭土原料经过600℃(见文献2、3)或750℃(见文献4)的预煅烧，以转化高岭土晶体结构内的铝氧八面体片层为γ-Al2O3(所生成的γ-Al2O3易溶于酸，其酸溶反应活性较未煅烧高岭土内的铝氧八面体片层大为提高)，然后经过二段加热酸浸(见文献4)或三段加热酸浸(见文献2、3)，煅烧高岭土中的γ-Al2O3及Fe2O3等物质溶于酸中，而煅烧高岭土内的硅质组分不溶于酸，以硅微粉形式悬浮在酸液中，经固-液分离、洗涤、烘干后，为白炭黑产物。第二亚类所用的高岭土不经预煅烧，直接经过先硫酸、后盐酸的两段加热酸浸(见文献5)从高岭土晶格中将晶格铝强行溶出，经固-液分离后，原高岭石中的SiO2存留在滤饼中，经干燥后为白炭黑产物，中国专利CN1046507A“高岭土制取聚氯化铝及白碳黑的方法”与文献5相类似。上述第二类制备方法不能去除高岭土中的致色杂质TiO2(主要以锐钛矿形式-->存在，其次为金红石)，酸溶后TiO2将进入白炭黑产物中，当TiO2的原始含量较高时，会显著降低所获白炭黑产物的白度及其非晶质特性。此外，第二类中的第二亚类所用高岭土原料未经预先煅烧，酸溶反应对高岭土中的有机质无脱除能力。这两种因素均会影响白炭黑产物的白度(见文献6)。尽管文献5中用下列反应式表达了TiO2在酸溶过程中发生了酸溶反应：但是，基于下述理由，可以认为文献5的作者所用的稀硫酸和盐酸对高岭土中的TiO2矿物不会有可察觉的溶解效果：首先，工业实践表明，除氢氟酸外，TiO2不溶于其它稀无机酸中；热的浓硫酸才能溶解TiO2，生成TiOSO4；TiO2应在＞800℃下经由加碳的氯气或其它氯化剂氯化，才能被转化成TiCl4(见文献7)。其次，针对TiO2含量为0.37％的高岭土，按文献5所述的方法进行双酸相继处理，能破坏高岭石的晶体结构，但夹杂在高岭土内的TiO2组分未能被所用的酸溶解，它以积累方式保留在最终所获的硅质产物中，且钛矿物的土黄色降低了所得白炭黑产物的白度(见文献6)。从高岭土中提取铝的煅烧反应工艺，有美国专利US4342729 Method forObtaining Alumina From Clays(粘土制取氧化铝的方法)及中国专利CN1072656A“氢氧化铝的生产方法”。该两专利均以从粘土(包括高岭土)等铝硅酸盐矿物中获取氧化铝为目的。US4342729经由煅烧铝硅酸盐矿物与碱金属或铵的硫酸盐或硫酸氢盐的干混合物，获得含铝的硫酸复盐、二氧化硅及未反应的残余高岭土；以水或碱液溶解反应产物，再经过滤后，固体滤饼主要为二氧化硅及未反应高岭土，从滤液中沉淀出水合氧化铝；煅烧水合氧化铝获氧化铝产物。由于该反应过程中，氧化铝的提取率仅为原高岭土中氧化铝的70％～80％，其它20％～30％的残余未反应高岭土及部分铁、钛矿物保留在固体滤饼中，使得所获得的固体硅质滤饼仅能用作烧制陶瓷的原料，经济价值很低。CN1072656A的方法与US4342729相似。鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种能提高白炭黑的白度及其非晶质特性的-->用粘土矿物制备白炭黑的煅烧转化反应工艺方法。本专利技术采用粘土矿物为原料，与固体反虚剂混合，经粉碎、煅烧、水分散-溶解、过滤分离、烘干，制得白炭黑，在制备过程中按重量比例1∶3～5配料、将煅烧温度控制在360～750℃、煅烧时间控制在0.5小时以上，使固体反应剂与粘土矿物晶格中的铝质组分及与粘土矿物共存的铁、钛氧化物发生反应，生成具有水溶解性而易于经溶解后分离出去的硫酸复盐和/或硫酸盐，留下不溶于水的非晶质二氧化硅即白炭黑来实现其目的。本专利技术的用粘土矿物制备白炭黑的煅烧转化反应工艺，有如下的工艺步骤：1、将粘土矿物与固体反应剂，按重量比例1∶3～5配料、粉碎至粒度小于100目、在温度360～750℃下煅烧0.5小时以上，得到含有含铝的硫酸复盐和/或硫酸铝，和非晶质二氧化硅的煅烧物；2、加水分散、溶解煅烧物，得到含有溶解的含铝的硫酸复盐和/或硫酸铝，和分散悬浮的非晶质二氧化硅的悬浮液；3、过滤悬浮液，从滤液中得到含铝的硫酸复盐和/或硫酸铝，滤饼经洗涤、烘干得到白炭黑。上述的粘土矿物为高岭石粘土矿物、或伊利石粘土矿物、或含有铁、钛氧化物及有机质的上述粘土矿物的劣质原料。上述的固体反应剂为铵的硫酸盐、或铵的硫酸氢盐、或碱金属的硫酸氢盐。上述的粘土矿物和固体反应剂的粉碎粒度小于200目。上述的步骤2中水的pH值调整到≤1。以上述工艺步骤，制得的白炭黑的X射线衍射图谱呈典型的非晶质特征，白炭黑的白度为95％，密度≤0.11g/ml，比表面积为342m2/g。本专利技术方法中的重量比例、粉碎粒度、煅烧温度、煅烧时间为关键参数。其中，重量比例的具体选用取决于原料粘土矿物的种类、粉碎粒度及所用反应剂的类型。当以高岭土为原料、粉碎粒度小于200目时，采用高岭土∶硫酸铵的重量比例为1∶3，经由本方法可获得非晶质二氧化硅产物。以伊利石粘土为原料、粉碎粒度小于200目时，采用伊利石∶硫酸铵的重量比例为1∶3，所获白炭黑产物已达到较高的纯度和白度，其原因在于伊利石的铝含量低于高岭石。对预混合后的固体物料进行粉碎，其作用不仅在于减小物料颗粒的粒度，而且还能提高原料-->与反应剂两类固体物料的混合均匀性，有利于煅烧转化反应的顺利进行。粉碎粒度加粗，例如小于100目时，会使原料颗粒核部的转化反应不易进行彻底，因此要相应提高反应剂的用量比例，以确保原粘土颗粒核部的晶格铝也能被转化。以硫酸氢盐为反应剂时，反应剂的用量比例可小于以硫酸铵为反应剂的同类场合。当超越适宜的用量比例，进一步增大固体反应剂的用量时，对反应结果无不良影响。煅烧温度的选择原则为：以硫酸铵和/或硫酸氢铵为反应剂时，煅烧温度最好高于500℃，以使反应过程中生成的硫酸铝铵复盐转变为简单硫酸盐，有利于随后的水溶反应顺利进行；采用碱金属的硫酸氢盐为反应剂时，由于转化反应所生成的碱金属-铝的硫酸复盐的温度稳定性，在复盐形成后再行提高煅烧温度亦不易转变为简单硫酸盐，因此，当粘土原料中的有机质含量可以忽略不计时，所采本文档来自技高网...

【技术保护点】
用粘土矿物制备白炭黑的煅烧转化反应工艺，其特征在于有如下的工艺步骤：１）将粘土矿物与固体反应剂，按重量比例１∶３～５配料、粉碎至粒度小于１００目、在温度３６０～７５０℃下煅烧０．５小时以上，得到含有含铝的硫酸复盐和／或硫酸铝，和非晶质二 氧化硅的煅烧物；２）加水分散、溶解煅烧物，得到含有溶解的含铝的硫酸复盐和／或硫酸铝，和分散悬浮的非晶质二氧化硅的悬浮液；３）过滤悬浮液，从滤液中得到含铝的硫酸复盐和／或硫酸铝，滤饼经洗涤、烘干得到白炭黑。

【技术特征摘要】
1、用粘土矿物制备白炭黑的煅烧转化反应工艺，其特征在于有如下的工艺步骤：1)将粘土矿物与固体反应剂，按重量比例1∶3～5配料、粉碎至粒度小于100目、在温度360～750℃下煅烧0.5小时以上，得到含有含铝的硫酸复盐和/或硫酸铝，和非晶质二氧化硅的煅烧物；2)加水分散、溶解煅烧物，得到含有溶解的含铝的硫酸复盐和/或硫酸铝，和分散悬浮的非晶质二氧化硅的悬浮液；3)过滤悬浮液，从滤液中得到含铝的硫酸复盐和/或硫酸铝，滤饼经洗涤、烘干得到白炭黑。2、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所说的粘土矿物为高岭石粘土矿物、或伊利石粘土矿物、或含有铁、钛氧化物及有机质的上述粘土矿物的劣质原料。3、根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于所说的固体反应剂为铵的硫酸盐、或铵的硫酸氢盐、或碱金属的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张其春，
申请(专利权)人：张其春，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]